Измерительные автоматические приборы (потенциометры, мосты)

Задание 1

Измерительные автоматические приборы (потенциометры, мосты).

Балансные системы, называемые также компенсационными, обеспечивают наибольшую точность, и их применяют для изме­рения ЭДС, напряжения, силы электрического тока и различных неэлектрических величин, преобразуемых в названные электри­ческие.

Одной из наиболее распространенных балансных систем яв­ляется система для измерения небольших значений ЭДС или напряжения постоянного тока, называемая автоматическим ком­пенсатором (или потенциометром). В основу действия автомати­ческих компенсаторов положен компенсационный метод измере­ния малых значений ЭДС, который является одним из наиболее точных. Это объясняется тем, что в момент измерения ток в проводах, соединяющих источ­ник измеряемого напряжения с. автоматическим компенсатором, равен нулю, следовательно, отсутствуют погрешности за счет падения напряжения в подводящих проводах; а также само отсутствие тока в цепи может быть установлено с более высокой точностью, чем его конечное значение в определенном интервале изменений.

Схема электронного автоматического потенциометра, предна­значенного для измерения термо-ЭДС термопар, показана на рис. 1.

Рис. 1  Принципиальная   схема    электронного  автоматического  потенциометра

Автоматический потенциометр состоит из следующих основ­ных узлов: измерительной схемы ИС, вибропреобразователя ВП, усилителя А и балансирующего двигателя М. В качестве измери­тельной применена мостовая схема, обеспечивающая непрерывное введение поправки на температуру свободных концов термопары ТП. Термо-ЭДС  датчика   Е_х   компенсируется   напряжением  U_б, снимаемым с диагонали неравновесного моста между движком (точка б) реохорда и точкой а. В другую диагональ подается напряжение питания от специального стабилизированного источника постоянного тока ИСП.

Для автоматической компенсации температуры свободных концов термопары в одно плечо моста включен резистор R_м  мед­ный или никелевый, в то время как остальные три плеча моста выполнены из манганина. Резистор R_м  помещен вблизи свобод­ных концов, поэтому при изменении температуры свободных концов термопары в такой же мере изменяются температура резистора R_м и его сопротивление, что приводит к изменению балансирующего напряжения U_б. Мостовая схема рассчитана таким образом, что балансирующее напряжение U_б в резуль­тате изменения  R_м изменяется на столько же, на сколько отклоняется термо-ЭДС от градуировочного значения, поэтому равно­весие мостовой схемы не нарушается.

В процессе измерения неизвестная величина Е_х сравнивается с компенсирующим напряжением U_б. Если U₆ не равно Е_х, то  возникшее напряжение небаланса U_нб, предварительно преобразованное в вибропреобразователе ВП в напряжение переменного тока, подается через входной трансформатор Т_вх на элек­тронный усилитель А. Последний управляет реверсивным дви­гателем М, который перемещает движок реохорда в направлении уменьшения   U_HБ.   Одновременно  с  уравновешиванием  измери­тельной схемы реверсивный двигатель перемещает указательную стрелку, а в самопишущих приборах — перо, осуществляющее запись показаний на бумажной картограмме в функции времени.

Необходимость в преобразовании постоянного тока в пере­менный обусловлена «дрейфом нуля» усилителей постоянного тока, т, е. изменением выходного напряжения при постоянстве входного. Так как автоматические потенциометры применяют главным образом для контроля весьма малых ЭДС (напряжений), начиная от нескольких милливольт, то появление напряжения на выходе усилителя за счет дрейфа нуля будет вызывать значительные погрешности.

Вибропреобразователь состоит из якоря 1, постоянного ма­гнита и обмотки возбуждения 2, питаемой переменным током частоты 50 Гц. Напряжение небаланса U_{н б} подается на среднюю точку первичной обмотки входного трансформатора Tp_вх и на один конец якоря. Якорь закреплен в одной точке и поляризуется постоянным магнитом. Переменное магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения, заставляет якорь вибрировать с частотой 50 Гц и поочередно включать через контакты 3 и 4 то одну, то другую половину первичной обмотки входного трансформатора в диагональ ab моста. Токи в этих половинах обмотки текут в разных направлениях и наводят во вторичной обмотке транс­форматора Тр_ях переменную по направлению ЭДС, пропорцио­нальную по величине напряжению разбаланса. Фаза напряжения, наводимого во вторичной обмотке трансформатора Tp_вх, зависит от знака напряжения разбаланса U_нб.

В соединительных проводах, а также в самой термопаре внеш­ними магнитными полями, создаваемыми различными установ­ками сильного тока, наводится переменная ЭДС, которая оказы­вает влияние на нормальную работу электронного усилителя. Поэтому в цепь термопары включают резистор R_ф  и конденса­тор С_ф, образующие фильтр, который защищает усилитель от попадания в него переменного напряжения (помех).

Другим примером балансной измерительной системы является автоматический мост. Для автоматического измерения величин, преобразуемых в изменение электрического сопротивления, при­меняют уравновешенные мостовые схемы. Измеряемое сопротивление — активное или реактивное, являющееся выход­ной величиной датчика, включается в одно из плеч автоматически уравновешивающегося моста. При условии, что сопротивления остальных плеч моста постоянны, результаты отсчета не зависят от колебаний питающего напряжения, так как в момент измере­ния ток в измерительном приборе равен нулю и назначение при­бора сводится к выполнению функции нуль-индикатора. В элек­тронных автоматических мостах функцию нуль-индикатора вы­полняют электронные фазочувствительные усилители, аналогич­ные усилителям автоматических потенциометров.